JP2021150333A - 光電変換素子、固体撮像素子および電子機器 - Google Patents

光電変換素子、固体撮像素子および電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】光応答性を向上させることの可能な光電変換素子、固体撮像素子および電子機器を提供する。【解決手段】光電変換素子は、第１電極、有機光電変換層、ｎ型バッファ層および第２電極をこの順に備える。ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位は以下の式（１）を満たし、ｎ型バッファ層の状態数は以下の式（２），（３）を満たす。Ｅｗ：第２電極の仕事関数ＥＮ：ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位Ｅｉ：有機光電変換層の電子輸送材料のＬＵＭＯ準位Ｎｂ：ｎ型バッファ層の状態数Ｄ（Ｅ）：ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位の状態密度【選択図】なし

Description

本開示は、光電変換素子、固体撮像素子および電子機器に関する。
近年、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、あるいは、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の固体撮像素子では、各画素に含まれる光電変換素子において、低い暗電流と高い光電変換効率とが求められる。そこで、例えば、特許文献１〜３に記載されているように、バルクヘテロ型の光電変換層と光入射側の電極との間に、ｎ型バッファ層を設けることが提案されている。
特開２００９−１８２０９５号公報 特表２０１３−２３６００８号公報 特表２０１２−１９２３５号公報
しかし、上記特許文献１〜３に記載の固体撮像素子では、光応答性の改善が求められる。光応答性を向上させることの可能な光電変換素子、固体撮像素子および電子機器を提供することが望ましい。
本開示の一実施の形態に係る光電変換素子は、第１電極、有機光電変換層、ｎ型バッファ層および第２電極をこの順に備える。ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位は以下の式（１）を満たし、ｎ型バッファ層の状態数は以下の式（２），（３）を満たす。
Figure 2021150333
Ｅｗ：第２電極の仕事関数
ＥＮ：ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位
Ｅｉ：有機光電変換層の電子輸送材料のＬＵＭＯ準位
Ｎｂ：ｎ型バッファ層の状態数
Ｄ（Ｅ）：ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位の状態密度
本開示の一実施の形態に係る固体撮像素子は、複数の画素を２次元配置してなる画素領域と、各画素から得られた信号電荷を処理する処理回路とを備える。各画素は、第１電極、有機光電変換層、ｎ型バッファ層および第２電極をこの順に有する光電変換素子を有する。各画素に含まれる光電変換素子は、本開示の一実施の形態に係る光電変換素子と共通の構成を有する。
本開示の一実施の形態に係る電子機器は、複数の画素を２次元配置してなる画素領域と、被写体からの像光を画素領域上に結像させる光学系と、複数の画素から像光に応じて得られた画素信号を処理して映像データを生成する信号処理回路とを備える。各画素は、第１電極、有機光電変換層、ｎ型バッファ層および第２電極をこの順に有する光電変換素子を有する。各画素に含まれる光電変換素子は、本開示の一実施の形態に係る光電変換素子と共通の構成を有する。
本開示の一実施の形態に係る光電変換素子、固体撮像素子および電子機器では、ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位が上記の式（１）を満たし、ｎ型バッファ層の状態数が上記の式（２），（３）を満たす。これにより、低い暗電流と高い光電変換効率とを損なうことなく、光応答性が向上する。
本開示の第１の実施の形態に係る光電変換素子の断面構成例を表す図である。 図１の光電変換素子のエネルギー準位の一例を表す図である。 図１の光電変換素子のエネルギー準位の一例を表す図である。 図１の光電変換素子のエネルギー準位の一例を表す図である。 図１の光電変換素子の応答特性の一例を表す図である。 図１の光電変換素子の電荷積分量の一例を表す図である。 本開示の第２の実施の形態に係る固体撮像素子の概略構成例を表す図である。 図７の画素の断面構成例を表す図である。 図８の光電変換素子の断面構成例を拡大して表す図である。 図７の画素の回路構成例を表す図である。 図１０の光電変換素子の構成例を展開して表す図である。 図７の画素の回路構成例を表す図である。 図７の画素の回路構成例を表す図である。 図７の画素の断面構成の一変形例を表す図である。 図７の画素の断面構成の一変形例を表す図である。 撮像システムの概略構成の一例を表す図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態（光電変換素子）…図１〜図６
２．第２の実施の形態（固体撮像素子）…図７〜図１３
３．第２の実施の形態の変形例（固体撮像素子）…図１４、図１５
４．適用例（撮像システム）…図１６
５．応用例
移動体への応用例…図１７、図１８
内視鏡手術システムへの応用例…図１９、図２０
＜１．第１の実施の形態＞
[構成]
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る光電変換素子１０の断面構成の一例を表す。光電変換素子１０は、ＣＣＤイメージセンサ、あるいは、ＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子の各画素に好適に用いられ得る。光電変換素子１０は、例えば、図１に示したように、ｐ側電極１１、ｐ型バッファ層１２、有機光電変換層１３、ｎ型バッファ層１４およびｎ側電極１５をこの順に積層して構成される。ｐ型バッファ層１２は、ｐ側電極１１および有機光電変換層１３に接する。ｎ型バッファ層１４は、有機光電変換層１３およびｎ側電極１５に接する。光電変換素子１０において、ｎ側電極１５側の表面が、外光が入射する光入射面となる。
ｎ側電極１５は、下層の有機光電変換層１３に光を入射させる必要があるため、透明性の高い材料で構成されることが好ましい。透明性の高い電極としては、透明導電性酸化物が挙げられる。ｐ側電極１１は、後述する固体撮像素子の構成にあるように、その下方に光を透過させる必要がある場合もあるため、ｎ側電極１５と同様に透明性の高い透明導電性酸化物で構成されることが好ましい。
透明導電性酸化物として、導電性のある金属酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化インジウム、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ，Indium TinOxide，ＳｎドープのＩｎ２Ｏ３、結晶性ＩＴＯ及びアモルファスＩＴＯを含む）、酸化亜鉛にドーパントとしてインジウムを添加したインジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ，Indium Zinc Oxide）、酸化ガリウムにドーパントとしてインジウムを添加したインジウム−ガリウム酸化物（ＩＧＯ）、酸化亜鉛にドーパントとしてインジウムとガリウムを添加したインジウム−ガリウム−亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ，Ｉｎ−ＧａＺｎＯ４）、酸化亜鉛にドーパントとしてインジウムと錫を添加したインジウム−錫−亜鉛酸化物（ＩＴＺＯ）、ＩＦＯ（ＦドープのＩｎ２Ｏ３）、酸化錫（ＳｎＯ２）、ＡＴＯ（ＳｂドープのＳｎＯ２）、ＦＴＯ（ＦドープのＳｎＯ２）、酸化亜鉛（他元素をドープしたＺｎＯを含む）、酸化亜鉛にドーパントとしてアルミニウムを添加したアルミニウム−亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、酸化亜鉛にドーパントとしてガリウムを添加したガリウム−亜鉛酸化物（ＧＺＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化チタンにドーパントとしてニオブを添加したニオブ−チタン酸化物(ＴＮＯ)、酸化アンチモン、スピネル型酸化物、ＹｂＦｅ２Ｏ４造を有する酸化物を例示することができる。あるいは又、ガリウム酸化物、チタン酸化物、ニオブ酸化物、ニッケル酸化物等を母層とする透明電極を挙げることができる。透明電極の厚さとして、２×１０−８ｍ〜２×１０−７ｍ、好ましくは３×１０−８ｍ〜１×１０−７ｍを挙げることができる。
有機光電変換層１３は、例えば、バルクヘテロ型の光電変換層となっている。有機光電変換層１３は、例えば、ｐ型有機半導体およびｎ型有機半導体が混合されたｉ層となっている。
ｐ型有機半導体として、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、テトラセン誘導体、ペンタセン誘導体、キナクリドン誘導体、チオフェン誘導体、チエノチオフェン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体、ベンゾチエノベンゾチオフェン誘導体、トリアリルアミン誘導体、カルバゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピセン誘導体、クリセン誘導体、フルオランテン誘導体、フタロシアニン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、サブポルフィラジン誘導体、複素環化合物を配位子とする金属錯体、ポリチオフェン誘導体、ポリベンゾチアジアゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体等を挙げることができる。
ｎ型有機半導体として、フラーレン及びフラーレン誘導体〈例えば、Ｃ６０や、Ｃ７０，Ｃ７４等のフラーレン（高次フラーレン）、内包フラーレン等）又はフラーレン誘導体（例えば、フラーレンフッ化物やＰＣＢＭフラーレン化合物、フラーレン多量体等）〉、ｐ型有機半導体よりもＨＯＭＯ及びＬＵＭＯが大きい（深い）有機半導体、透明な無機金属酸化物を挙げることができる。ｎ型有機半導体として、具体的には、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する複素環化合物、例えば、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、イソキノリン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、フェナントロリン誘導体、テトラゾール誘導体、ピラゾール誘導体、イミダゾール誘導体、チアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、カルバゾール誘導体、ベンゾフラン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、サブポルフィラジン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリベンゾチアジアゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体等を分子骨格の一部に有する有機分子、有機金属錯体やサブフタロシアニン誘導体を挙げることができる。フラーレン誘導体に含まれる基等として、ハロゲン原子；直鎖、分岐若しくは環状のアルキル基若しくはフェニル基；直鎖若しくは縮環した芳香族化合物を有する基；ハロゲン化物を有する基；パーシャルフルオロアルキル基；パーフルオロアルキル基；シリルアルキル基；シリルアルコキシ基；アリールシリル基；アリールスルファニル基；アルキルスルファニル基；アリールスルホニル基；アルキルスルホニル基；アリールスルフィド基；アルキルスルフィド基；アミノ基；アルキルアミノ基；アリールアミノ基；ヒドロキシ基；アルコキシ基；アシルアミノ基；アシルオキシ基；カルボニル基；カルボキシ基；カルボキソアミド基；カルボアルコキシ基；アシル基；スルホニル基；シアノ基；ニトロ基；カルコゲン化物を有する基；ホスフィン基；ホスホン基；これらの誘導体を挙げることができる。
有機光電変換層１３の厚さは、限定するものではないが、例えば、１×１０−８ｍ〜５×１０−７ｍ、好ましくは２．５×１０−８ｍ〜３×１０−７ｍ、より好ましくは２．５×１０−８ｍ〜２×１０−７ｍ、一層好ましくは１×１０−７ｍ〜１．８×１０−７ｍを例示することができる。なお、有機半導体は、ｐ型、ｎ型と分類されることが多いが、ｐ型とは正孔を輸送し易いという意味であり、ｎ型とは電子を輸送し易いという意味であり、無機半導体のように熱励起の多数キャリアとして正孔又は電子を有しているという解釈に限定されない。
緑色の波長の光を光電変換する有機光電変換層１３の材料として、例えば、ローダミン系色素、メロシアニン系色素、キナクリドン誘導体、サブフタロシアニン系色素（サブフタロシアニン誘導体）等を挙げることができる。青色の光を光電変換する有機光電変換層１３の材料として、例えば、クマリン酸色素、トリス−８−ヒドリキシキノリアルミニウム（Ａｌｑ３）、メラシアニン系色素等を挙げることができる。赤色の光を光電変換する有機光電変換層１３の材料として、例えば、フタロシアニン系色素、サブフタロシアニン系色素（サブフタロシアニン誘導体）を挙げることができる。
ｐ型バッファ層１２およびｎ型バッファ層１４は、光電変換層で発生した信号電荷を輸送するに十分な電荷輸送性を持つとともに、均一な層であり、材料から発生する暗電流の原因となるキャリアが少ない材料であることが望ましい。ｎ型バッファ層１４のＬＵＭＯ準位は、例えば、図２に示したように、以下の式（１）を満たす。
Ｅｗ＜ＥＮ＜Ｅｉ…（１）
Ｅｗ：ｎ側電極１５の仕事関数
ＥＮ：ｎ型バッファ層１４のＬＵＭＯ準位
Ｅｉ：有機光電変換層１３の電子輸送材料のＬＵＭＯ準位
ここで、ｎ型バッファ層１４のＬＵＭＯ準位は、例えば、図３に示したように、分布（状態密度分布）を有する。この分布の幅（分散σＥ）を制御することで、ｎ型バッファ層１４と有機光電変換層１３との間の界面のエネルギー障壁を低減することが可能である。
ｎ型バッファ層１４は、ｎ型バッファ層１４のＬＵＭＯ準位の状態密度をＤ（Ｅ）としたとき、以下の式（２）で示したｎ型バッファ層１４の状態数Ｎｂが小さくなるような有機材料によって構成される。
Figure 2021150333
Ｄ（Ｅ）は、Ｇａｕｓｓ関数で表される。Ｎｂは、ｎ型バッファ層１４と有機光電変換層１３のとの間の界面の障壁となる状態の多さを表す。Ｎｂを小さくするためには、ｎ型バッファ層１４が、例えば、図４（Ａ）〜（Ｈ）に示したように、ΔＥ（＝｜ＥＮ−Ｅｉ｜）が大きくなったり、Ｄ（Ｅ）の分散σＥが小さくなったりする有機材料によって構成されることが好ましい。Ｄ（Ｅ）の分散σＥは、例えば、Appl.Phys.Lett.111, 033301(2017); doi: 10.1063/1.4995243に記載したように、量子化学計算および分子動力学法によって算出される。Ｄ（Ｅ）は、ＵＰＳで得られるＬＵＭＯレベルと、分散σＥとによって描かれる。
上記文献の記載に基づいたＤ（Ｅ）の導出例について説明する。まず、分子動力学計算を用いて、ｎ型バッファ層１４のアモルファス構造を作成する。このとき、分子動力学計算のソフトとしてＬＡＭＭＰＳを使用し、力場としてＯＰＬＳを使用する。１０００個程度の分子を用いてアモルファス構造を作成し、初期構造をランダムに作成する。アモルファス構造の作成にあたって、温度１０００Ｋ、圧力１ａｔｍ、ＮＰＴ（粒子数、圧力および温度を一定）アンサンブルの条件下で、約５ｎｓ、予備計算として計算した後、温度３００Ｋ、圧力１ａｔｍ、ＮＰＴアンサンブルの条件下で、約５ｎｓ、本計算として計算する。このようにして、ｎ型バッファ層１４のアモルファス構造が作成される。
次に、分子動力学計算を用いて作成したアモルファス構造の中から、任意の分子に着目し、着目した分子（着目分子）と、着目分子に隣接する１０個程度の分子（隣接分子）とをクラスターとして抽出する。続いて、抽出したクラスターを用いてＬＵＭＯ準位を計算する。ＬＵＭＯ準位の計算には、密度汎関数法（Density Functional Theory:DFT）を用いる。密度汎関数法のソフトとしてＧａｕｓｓａｉｎ０９を使用し、計算レベルをＢ３ＬＹＰ：６−３１１＋＋Ｇ＊とする。
次に、上記と同じ計算法を３００個程度のクラスターに適用し、その結果、得られたＬＵＭＯ準位をＧａｕｓｓ関数でフィッティングする。このようにして、Ｄ（Ｅ）を導出する。
ｎ型バッファ層１４の状態数Ｎｂは、以下の式（３）を満たす。図４（Ａ）〜図４（Ｈ）において、図４（Ｅ）に示した状態数Ｎｂが、式（３）を満たす。なお、状態数Ｎｂを算出するにあたっての様々な要因（例えば、丸め誤差など）を考慮したマージンを、０．７６に加算することにより、式（３）を導出した。
Ｎｂ＜０．８０…（３）
[効果]
次に、図５、図６を参照して、本実施の形態に係る光電変換素子１０の効果について説明する。
図５は、光電変換素子１０の応答特性（光応答性）の一例を表す。図６は、光電変換素子１０の電荷積分量Ｑの一例を表す。図５に示したように、ｎ型バッファ層１４が図３（Ｅ）に示した状態数Ｎｂを有する有機材料によって構成される場合、ｎ型バッファ層１４が図３（Ｂ）に示した状態数Ｎｂを有する有機材料によって構成される場合と比べて、オンからオフへの光応答性が改善される。その改善の効果は、図６に示した電荷積分量Ｑに現れる。電荷積分量Ｑは、オフ時の暗電流を、オフしてから１ｍｓから１１０ｍｓまで積分することにより得られる値であり、暗電流によって漏れた電流量に概ね相関を有する値である。ｎ型バッファ層１４が図３（Ｅ）に示した状態数Ｎｂを有する有機材料によって構成される場合、ｎ型バッファ層１４が図３（Ｂ）に示した状態数Ｎｂを有する有機材料によって構成される場合と比べて、この電荷積分量Ｑが３７％（＝（１．００−０．６３）／１００）も低減する。
従って、ｎ型バッファ層１４のＬＵＭＯ準位が上記の式（１）を満たし、さらに、ｎ型バッファ層１４の状態数Ｎｂが上記の式（３）を満たすことにより、低い暗電流と高い光電変換効率とを損なうことなく、光応答性を向上させることができる。
なお、本実施の形態において、光入射面が、光電変換素子１０におけるｐ側電極１１側に設けられていてもよい。このようにした場合であっても、低い暗電流と高い光電変換効率とを損なうことなく、光応答性を向上させることができる。
＜２．第２の実施の形態＞
[構成]
図７は、本開示の第２の実施の形態に係る固体撮像素子１００の概略構成の一例を表す。固体撮像素子１００は、複数の画素１０１ａが行列状に配置された画素領域１０１を備える。図７には、行方向を示す符号としてＤｒが、列方向を示す符号としてＤｃがそれぞれ示されている。図８は、画素１０１ａの断面構成の一例を表す。図９は、画素１０１ａの一部の断面構成の一例を表す。
固体撮像素子１００は、画素信号を処理するロジック回路１０２を備える。ロジック回路１０２は、例えば、垂直駆動回路１０２ａ、カラム信号処理回路１０２ｂ、水平駆動回路１０２ｃおよびシステム制御回路１０２ｄを有する。ロジック回路１０２は、各画素１０１ａから得られた画素信号に基づいて出力電圧を生成し、外部に出力する。
垂直駆動回路１０２ａは、例えば、複数の画素１０１ａを所定の単位画素行ごとに順に選択する。「所定の単位画素行」とは、同一アドレスで画素選択可能な画素行を指している。カラム信号処理回路１０２ｂは、例えば、垂直駆動回路１０２ａによって選択された行の各画素１０１ａから出力される画素信号に対して、相関二重サンプリング（Correlated Double Sampling：ＣＤＳ）処理を施す。カラム信号処理回路１０２ｂは、例えば、ＣＤＳ処理を施すことにより、画素信号の信号レベルを抽出し、各画素１０１ａの受光量に応じた画素データを保持する。カラム信号処理回路１０２ｂは、例えば、データ出力線ＶＳＬごとにカラム信号処理部を有する。カラム信号処理部は、例えば、シングルスロープＡ／Ｄ変換器を含む。シングルスロープＡ／Ｄ変換器は、例えば、比較器およびカウンタ回路を含んで構成される。水平駆動回路１０２ｃは、例えば、カラム信号処理回路１０２ｂに保持されている画素データを順次、外部に出力する。システム制御回路１０２ｄは、例えば、ロジック回路２０内の各ブロック（垂直駆動回路１０２ａ、カラム信号処理回路１０２ｂおよび水平駆動回路１０２ｃ）の駆動を制御する。
画素１０１ａは、例えば、図８に示したように、互いに異なる波長選択性を有する３つの光電変換素子１１０，１２０，１３０が積層された積層型光電変換素子を有する。つまり、固体撮像素子１００は、上記積層型光電変換素子を画素１０１ａごとに備える。画素１０１ａは、さらに、例えば、上記積層型光電変換素子と対向する箇所にオンチップレンズ１６０を有する。つまり、固体撮像素子１００は、オンチップレンズ１６０を画素１０１ａごとに備える。
光電変換素子１１０は、例えば、半導体基板１４０上の絶縁層（絶縁層１１５，１１６および保護層１１７）内に形成され、例えば、電極１１１、光電変換層１１２および電極１１３を、半導体基板１４０側からこの順に積層して構成される。半導体基板１４０は、例えば、シリコン基板によって構成される。光電変換素子１１０は、さらに、例えば、電極１１１と同一の層内に、電極１１１に隣接して設けられた電荷蓄積用の電極（蓄積電極１１４）を有する。電極１１１と蓄積電極１１４との間には、絶縁層１１６が設けられる。
蓄積電極１１４は、光電変換層１１２で発生した電荷を光電変換層１１２内に蓄積させるための電極である。蓄積電極１１４は、絶縁層１１６を介して光電変換層１１２と対向して配置される。電極１１１および蓄積電極１１４は、絶縁層１１５，１１６によって覆われ、電極１１１は、絶縁層１１６の開口を介して光電変換層１１２に接する。電極１１３は、光電変換層１１２および絶縁層１１６を間にして、電極１１１および蓄積電極１１４と対向する位置に配置される。電極１１３は、例えば、光電変換層１１２および絶縁層１１６の表面に接して形成されたベタ膜であり、隣接する画素１０１ａの電極１１３と共通の層によって構成される。
光電変換素子１１０は、例えば、緑色の光（４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収する光電変換層１１２を有し、緑色の光に感度を有する。光電変換層１１２は、例えば、図９に示したように、緑色の光を吸収する有機光電変換層１１２ｂと、有機光電変換層１３を挟み込むバッファ層１１２ａ，１１２ｃとによって構成される。ここで、有機光電変換層１１２ｂが、例えば、緑色の光を吸収する有機光電変換層１３によって構成される。バッファ層１１２ａが例えばｐ型バッファ層１２によって構成され、バッファ層１１２ｃが例えばｎ型バッファ層１４によって構成され、電極１１１が例えばｐ側電極１１によって構成され、電極１１３がｎ側電極１５によって構成される。このとき、電極１１１が光電変換層１１２で発生した正孔を信号電荷として読み出すための読み出し電極に相当し、蓄積電極１１４が光電変換層１１２で発生した正孔を光電変換層１１２内に蓄積させるための蓄積電極に相当し、カラム信号処理回路１０２ｂが各画素１０１ａ（電極１１１）から得られた正孔を信号電荷として読み出す回路に相当する。なお、バッファ層１１２ａが例えばｎ型バッファ層１４によって構成され、バッファ層１１２ｃが例えばｐ型バッファ層１２によって構成され、電極１１１が例えばｎ側電極１５によって構成され、電極１１３がｐ側電極１１によって構成されてもよい。このとき、電極１１１が光電変換層１１２で発生した電子を信号電荷として読み出すための読み出し電極に相当し、蓄積電極１１４が光電変換層１１２で発生した電子を光電変換層１１２内に蓄積させるための蓄積電極に相当し、カラム信号処理回路１０２ｂが各画素１０１ａ（電極１１１）から得られた電子を信号電荷として読み出す回路に相当する。
絶縁層１１５，１１６および保護層１１７は、例えば、ＳｉＯ２や、ＳｉＮ等によって構成される。電極１１１，１１３は、例えば、透明導電材料によって構成される。透明導電材料としては、例えば、上述した透明導電性酸化物等が挙げられる。
光電変換素子１１０は、例えば、半導体基板１４０に設けられたコンタクトホール１５３等を介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線１５６に接続される。配線１５６は、光電変換素子１１０の電極１１１と、光電変換素子１１０用の画素回路１２Ｇ（例えば、画素回路１２Ｇ内の増幅トランジスタのゲート電極１５７）とを電気的に接続する。
光電変換素子１２０，１３０は，例えば、半導体基板１４０内に形成される。光電変換素子１２０は、例えば、半導体基板１４０の表面近傍に形成されたｎ型半導体領域１４１を光電変換層として有する。光電変換素子１２０は、例えば、青色の光（４２５ｎｍ以上４９５ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収するｎ型半導体領域１４１を有しており、青色の光に感度を有する。光電変換素子１２０は、例えば、半導体基板１４０に設けられた転送トランジスタを介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線に接続される。この配線は、ｎ型半導体領域１４１と、光電変換素子１２０用の画素回路１２Ｂとを電気的に接続する。なお、図８には、光電変換素子１２０と電気的に接続された転送トランジスタのゲート電極１５８が例示される。
光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板１４０の、ｎ型半導体領域１４１よりも深い領域に形成されたｎ型半導体領域１４２を光電変換層として有している。光電変換素子１３０は、例えば、赤色の光（６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収するｎ型半導体領域１４２を有し、赤色の光に感度を有する。光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板１４０に設けられた転送トランジスタを介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線に接続される。この配線は、ｎ型半導体領域１４２と、光電変換素子１３０用の画素回路１２Ｂ（例えば、画素回路１２Ｂ内の増幅トランジスタのゲート電極１５９）とを電気的に接続する。
半導体基板１４０は、ｎ型半導体領域１４１と半導体基板１４０の表面との間にｐ+層１４５を有する。ｐ+層１４５は暗電流の発生を抑制する。半導体基板１４０は、さらに、ｎ型半導体領域１４１とｎ型半導体領域１４２との間に、ｐ+層１４３を有する。ｐ+層１４３は、さらに、ｎ型半導体領域１４２の側面の一部（例えばゲート電極１５８近傍）を囲む。ｐ+層１４３は、ｎ型半導体領域１４１とｎ型半導体領域１４２とを分離する。半導体基板１４０は、半導体基板１４０の裏面近傍にｐ+層１４４を有する。ｐ+層１４４は暗電流の発生を抑制する。半導体基板１４０の裏面には、絶縁膜１５４が設けられ、半導体基板１４０の表面には、ＨｆＯ２膜１５１および絶縁膜１５２が積層される。ＨｆＯ２膜１５１は、負の固定電荷を有する膜であり、このような膜を設けることによって、暗電流の発生を抑制することができる。半導体基板１４０の裏面には、例えば、光電変換素子１１０，１２０，１３０と画素回路１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂとを互いに電気的に接続する配線や、画素回路１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂなどを覆う絶縁層１５５が形成される。
なお、ｎ型半導体領域１４１，１４２の代わりにｐ型半導体領域が設けられ、ｐ+層１４３，１４４の代わりにｎ＋層が設けられてもよい。
光電変換素子１１０，１２０，１３０の堆積方向における配置順は、光入射方向（オンチップレンズ１６０側）から光電変換素子１１０、光電変換素子１２０、光電変換素子１３０の順であることが好ましい。これは、より短い波長の光がより入射表面側において効率良く吸収されるからである。赤色は３色の中では最も長い波長であるので、光入射面から見て光電変換素子１３０を最下層に位置させることが好ましい。これらの光電変換素子１１０，１２０，１３０の積層構造によって、１つの積層型光電変換素子が構成される。
図１０は、画素１０１ａ（具体的には光電変換素子１１０）およびその周辺の回路構成の一例を表す。図１１は、図１０に記載の光電変換素子１１０の展開斜視構成の一例を表す。図１２は、画素１０１ａ（具体的には光電変換素子１２０）およびその周辺の回路構成の一例を表す。図１３は、画素１０１ａ（具体的には光電変換素子１３０）およびその周辺の回路構成の一例を表す。
上述したように、各画素１０１ａは、光電変換素子１１０，１２０，１３０を積層した構造となっており、かつ、複数の画素１０１ａは画素領域１０１において行列状に配置される。このことから、複数の光電変換素子１１０は、画素領域１０１の光入射面寄りの層内において行列状に配置され、複数の光電変換素子１３０は、画素領域１０１の、光入射面とは反対側の面寄りの層内において行列状に配置される。さらに、複数の光電変換素子１２０は、画素領域１０１において、複数の光電変換素子１１０が配置される層と、複数の光電変換素子１３０が配置される層との間の層内において行列状に配置される。
固体撮像素子１００は、複数の画素回路１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂと、複数の駆動配線ＶＯＡと、複数のデータ出力線ＶＳＬ（ＶＳＬ１，ＶＳＬ２，ＶＳＬ３）とを備える。画素回路１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは、画素１０１ａから出力された電荷（信号電荷）に基づく画素信号を出力する。駆動配線ＶＯＡは、画素１０１ａに蓄積された電荷の出力を制御する制御信号が印加される配線であり、例えば、行方向Ｄｒに延在する。データ出力線ＶＳＬ（ＶＳＬ１，ＶＳＬ２，ＶＳＬ３）は、各画素回路１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂから出力された画素信号をロジック回路２０に出力する配線であり、例えば、列方向Ｄｃに延在する。
各光電変換素子１１０（具体的には電極１１１）には、画素回路１２Ｇが接続される。各光電変換素子１２０には、転送トランジスタＴＲ２を介して画素回路１２Ｂが接続される。各光電変換素子１３０には、転送トランジスタＴＲ３を介して画素回路１２Ｒが接続される。以下では、光電変換素子１１０を便宜的に光電変換部１１Ｇと称する場合がある。また、光電変換素子１２０および転送トランジスタＴＲ２からなる回路を光電変換部１１Ｂと称する場合がある。また、光電変換素子１３０および転送トランジスタＴＲ３からなる回路を光電変換部１１Ｒと称する場合がある。
画素回路１２Ｇは、例えば、図１０に示したように、フローティングディフュージョンＦＤ１と、リセットトランジスタＲＳＴ１と、選択トランジスタＳＥＬ１と、増幅トランジスタＡＭＰ１とを有する。フローティングディフュージョンＦＤ１は、光電変換部１１Ｇから出力された電荷を一時的に保持する。リセットトランジスタＲＳＴ１のソースがフローティングディフュージョンＦＤ１に接続され、リセットトランジスタＲＳＴ１のドレインが電源線ＶＤＤおよび増幅トランジスタＡＭＰ１のドレインに接続される。リセットトランジスタＲＳＴ１のゲートは制御線（図示せず）を介して垂直駆動回路１０２ａに接続される。増幅トランジスタＡＭＰ１のソースが選択トランジスタＳＥＬ１のドレインに接続され、増幅トランジスタＡＭＰ１のゲートがフローティングディフュージョンＦＤ１に接続される。選択トランジスタＳＥＬ１のソースがデータ出力線ＶＳＬ１を介してカラム信号処理回路１０２ｂに接続され、選択トランジスタＳＥＬ１のゲートが制御線（図示せず）を介して垂直駆動回路１０２ａに接続される。光電変換部１１Ｇの蓄積電極１１４は、駆動配線ＶＯＡを介して垂直駆動回路１０２ａに接続される。光電変換部１１Ｇの電極１１３は、駆動配線ＶＯＵを介して垂直駆動回路１０２ａに接続される。
画素回路１２Ｂは、例えば、図１２に示したように、フローティングディフュージョンＦＤ２と、リセットトランジスタＲＳＴ２と、選択トランジスタＳＥＬ２と、増幅トランジスタＡＭＰ２とを有する。フローティングディフュージョンＦＤ２は、光電変換部１１Ｂから出力された電荷を一時的に保持する。リセットトランジスタＲＳＴ２のソースがフローティングディフュージョンＦＤ２に接続され、リセットトランジスタＲＳＴ２のドレインが電源線ＶＤＤおよび増幅トランジスタＡＭＰ２のドレインに接続される。リセットトランジスタＲＳＴ２のゲートは制御線（図示せず）を介して垂直駆動回路１０２ａに接続される。増幅トランジスタＡＭＰ２のソースが選択トランジスタＳＥＬ２のドレインに接続され、増幅トランジスタＡＭＰ２のゲートがフローティングディフュージョンＦＤ２に接続される。選択トランジスタＳＥＬ２のソースがデータ出力線ＶＳＬ２を介してカラム信号処理回路１０２ｂに接続され、選択トランジスタＳＥＬ２のゲートが制御線（図示せず）を介して垂直駆動回路１０２ａに接続される。
画素回路１２Ｒは、例えば、図１３に示したように、フローティングディフュージョンＦＤ３と、リセットトランジスタＲＳＴ３と、選択トランジスタＳＥＬ３と、増幅トランジスタＡＭＰ３とを有する。フローティングディフュージョンＦＤ３は、光電変換部１１Ｒから出力された電荷を一時的に保持する。リセットトランジスタＲＳＴ３のソースがフローティングディフュージョンＦＤ３に接続され、リセットトランジスタＲＳＴ３のドレインが電源線ＶＤＤおよび増幅トランジスタＡＭＰ３のドレインに接続される。リセットトランジスタＲＳＴ３のゲートは制御線（図示せず）を介して垂直駆動回路１０２ａに接続される。増幅トランジスタＡＭＰ３のソースが選択トランジスタＳＥＬ３のドレインに接続され、増幅トランジスタＡＭＰ３のゲートがフローティングディフュージョンＦＤ３に接続される。選択トランジスタＳＥＬ３のソースがデータ出力線ＶＳＬ３を介してカラム信号処理回路１０２ｂに接続され、選択トランジスタＳＥＬ３のゲートが制御線（図示せず）を介して垂直駆動回路１０２ａに接続される。
リセットトランジスタＲＳＴ１は、フローティングディフュージョンＦＤ１の電位を所定の電位にリセットする。リセットトランジスタＲＳＴ１がオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤ１の電位を電源線ＶＤＤの電位にリセットする。選択トランジスタＳＥＬ１は、画素回路１２Ｇからの画素信号の出力タイミングを制御する。増幅トランジスタＡＭＰ１は、画素信号として、フローティングディフュージョンＦＤ１に保持された電荷のレベルに応じた電圧の信号を生成する。増幅トランジスタＡＭＰ１は、ソースフォロア型のアンプを構成しており、光電変換部１１Ｇで発生した電荷のレベルに応じた電圧の画素信号を出力する。増幅トランジスタＡＭＰ１は、選択トランジスタＳＥＬ１がオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤ１の電位を増幅して、その電位に応じた電圧を、データ出力線ＶＳＬ１を介してカラム信号処理回路１０２ｂに出力する。リセットトランジスタＲＳＴ１、増幅トランジスタＡＭＰ１および選択トランジスタＳＥＬ１は、例えば、ＭＯＳトランジスタである。
転送トランジスタＴＲ２は、転送トランジスタＴＲ２がオン状態となると、光電変換部１１Ｂの電荷をフローティングディフュージョンＦＤ２に転送する。リセットトランジスタＲＳＴ２は、フローティングディフュージョンＦＤ２の電位を所定の電位にリセットする。リセットトランジスタＲＳＴ２がオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤ２の電位を電源線ＶＤＤの電位にリセットする。選択トランジスタＳＥＬ２は、画素回路１２Ｒからの画素信号の出力タイミングを制御する。増幅トランジスタＡＭＰ２は、画素信号として、フローティングディフュージョンＦＤ２に保持された電荷のレベルに応じた電圧の信号を生成する。増幅トランジスタＡＭＰ２は、ソースフォロア型のアンプを構成しており、光電変換部１１Ｂで発生した電荷のレベルに応じた電圧の画素信号を出力する。増幅トランジスタＡＭＰ２は、選択トランジスタＳＥＬ２がオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤ２の電位を増幅して、その電位に応じた電圧を、データ出力線ＶＳＬ２を介してカラム信号処理回路１０２ｂに出力する。転送トランジスタＴＲ２、リセットトランジスタＲＳＴ２、増幅トランジスタＡＭＰ２および選択トランジスタＳＥＬ２は、例えば、ＭＯＳトランジスタである。
転送トランジスタＴＲ３は、転送トランジスタＴＲ３がオン状態となると、光電変換部１１Ｒの電荷をフローティングディフュージョンＦＤ３に転送する。リセットトランジスタＲＳＴ３は、フローティングディフュージョンＦＤ３の電位を所定の電位にリセットする。リセットトランジスタＲＳＴ３がオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤ３の電位を電源線ＶＤＤの電位にリセットする。選択トランジスタＳＥＬ３は、画素回路１２Ｂからの画素信号の出力タイミングを制御する。増幅トランジスタＡＭＰ３は、画素信号として、フローティングディフュージョンＦＤ３に保持された電荷のレベルに応じた電圧の信号を生成する。増幅トランジスタＡＭＰ３は、ソースフォロア型のアンプを構成しており、光電変換部１１Ｒで発生した電荷のレベルに応じた電圧の画素信号を出力する。増幅トランジスタＡＭＰ３は、選択トランジスタＳＥＬ３がオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤ３の電位を増幅して、その電位に応じた電圧を、データ出力線ＶＳＬ３を介してカラム信号処理回路１０２ｂに出力する。転送トランジスタＴＲ３、リセットトランジスタＲＳＴ３、増幅トランジスタＡＭＰ３および選択トランジスタＳＥＬ３は、例えば、ＭＯＳトランジスタである。
複数の画素回路１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは、例えば、半導体基板１４０の裏面に形成される。画素回路１２Ｇは、所定の波長選択性を有する光電変換部１１Ｇから出力された電荷に基づく画素信号を出力する。画素回路１２Ｂは、所定の波長選択性を有する光電変換部１１Ｂから出力された電荷に基づく画素信号を出力する。画素回路１２Ｒは、所定の波長選択性を有する光電変換部１１Ｒから出力された電荷に基づく画素信号を出力する。
[効果]
次に、本実施の形態に係る固体撮像素子１００の効果について説明する。
本実施の形態では、各画素１０１ａに含まれる光電変換素子１１０が上記実施の形態に係る光電変換素子１０の構成を含んで構成される。これにより、各画素１０１ａに含まれる光電変換素子１１０において、低い暗電流と高い光電変換効率とを損なうことなく、光応答性を向上させることができる。その結果、撮像画質を向上させることができる。
本実施の形態では、カラム信号処理回路１０２ｂが各画素１０１ａから得られた正孔を信号電荷として読み出したり、各画素１０１ａから得られた電子を信号電荷として読み出したりすることが可能である。このように、本実施の形態では、正孔読み出しおよび電子読み出しのいずれの方式を採ることが可能である。
＜３．第２の実施の形態の変形例＞
以下に、第２の実施の形態に係る固体撮像素子１００の変形例について説明する。
[[変形例Ａ]]
図１４は、第２の実施の形態に係る固体撮像素子１００における画素１０１ａの断面構成の一変形例を表す。第２の実施の形態では、光電変換素子１２０が半導体基板１４０内に設けられていた。しかし、第２の実施の形態において、光電変換素子１２０が半導体基板１４０の上方に設けられてもよい。光電変換素子１２０は、例えば、図１４に示したように、光電変換素子１１０の上に設けられてもよい。
光電変換素子１１０，１２０，１３０の垂直方向における配置順は、光入射方向（オンチップレンズ１６０側）から光電変換素子１２０、光電変換素子１１０、光電変換素子１３０の順となっている。これは、より短い波長の光がより入射表面側において効率良く吸収されるからである。なお、光電変換素子１１０，１２０，１３０の垂直方向における配置順は、光入射方向（オンチップレンズ１６０側）から光電変換素子１１０、光電変換素子１２０、光電変換素子１３０の順となってもよい。
本変形例では、光電変換素子１２０は、例えば、光電変換素子１１０上の絶縁層（保護層１１７、絶縁層１２５および保護層１２６）内に形成されており、例えば、電極１２１、光電変換層１２２および電極１２３を、半導体基板１４０側からこの順に積層して構成される。
光電変換素子１２０は、さらに、例えば、電極１２１と同一の層内に、電極１２１と離間して配置された蓄積電極１２４を有する。蓄積電極１２４は、絶縁層１２５を介して光電変換層１２２と対向して配置される。電極１２１および蓄積電極１２４は、保護層１１７、絶縁層１２５によって覆われており、電極１２１は、絶縁層１２５の開口を介して光電変換層１２２に接している。電極１２３は、光電変換層１２２および絶縁層１２５の表面に接して形成されたベタ膜であり、例えば、隣接する画素１０１ａの電極１２３と共通の層によって構成されている。
光電変換素子１２０は、例えば、青色の光（４２５ｎｍ以上４９５ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収する光電変換層１２２を有し、青色の光に感度を有している。光電変換層１２２は、例えば、青色の光を吸収する半導体量子ドットによって構成される。保護層１１７、絶縁層１２５および保護層１２６は、例えば、ＳｉＯ２や、ＳｉＮ等によって構成される。電極１２１，１２３は、例えば、透明導電材料によって構成される。透明導電材料としては、例えば、ＩＴＯや、ＩＺＯ等が挙げられる。
光電変換素子１２０は、例えば、半導体基板１４０に設けられたコンタクトホール１６２等を介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線１６３に接続されている。配線１６３は、光電変換素子１２０の電極１２１と、光電変換素子１２０用の画素回路１２Ｒ（例えば、画素回路１２Ｒ内の増幅トランジスタのゲート電極１６４）とを電気的に接続している。光電変換素子１２０は、第１光電変換層１１２Ａと同様の構成を有する第１光電変換層と、第２光電変換層１１２Ｂと同様の構成を有する第２光電変換層とを有する。
本変形例では、光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板１４０内に形成されたｎ型半導体領域１６１を光電変換層として有する。光電変換素子１３０は、例えば、赤色の光（６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収するｎ型半導体領域１６１を有し、赤色の光に感度を有する。光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板１４０に設けられた転送トランジスタＴＲを介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線に接続されている。この配線は、ｎ型半導体領域１６１と、光電変換素子１３０用の画素回路１２Ｂ（例えば、画素回路１２Ｂ内の増幅トランジスタのゲート電極１６５）とを電気的に接続している。
半導体基板１４０は、ｎ型半導体領域１６１と半導体基板１４０の表面との間にｐ+層１４５を有している。半導体基板１４０は、半導体基板１４０の裏面近傍にｐ+層１４４を有している。半導体基板１４０の裏面には、絶縁膜１５４が設けられており、半導体基板１４０の表面には、ＨｆＯ２膜１５１および絶縁膜１５２が積層されている。ＨｆＯ２膜１５１は、負の固定電荷を有する膜であり、このような膜を設けることによって、暗電流の発生を抑制することができる。半導体基板１４０の裏面には、例えば、光電変換素子１１０，１２０，１３０と画素回路１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂとを互いに電気的に接続する配線や、画素回路１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂなどを覆う絶縁層１５５が形成されている。
本変形例では、２つの光電変換素子１２０，１３０が半導体基板１４０の上方に設けられている。このようにした場合であっても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。
[[変形例Ｂ]]
図１５は、第２の実施の形態に係る固体撮像素子１００における画素１０１ａの断面構成の一変形例を表す。本変形例では、３つの光電変換素子１１０，１２０，１３０全てが、半導体基板１４０の上方に設けられる。つまり、本変形例にかかる固体撮像素子１００は、上記変形例Ｂに係る固体撮像素子１００において、光電変換素子１３０を半導体基板１４０の上方に設けた装置に相当する。
光電変換素子１１０，１２０，１３０の垂直方向における配置順は、光入射方向（オンチップレンズ１６０側）から光電変換素子１２０、光電変換素子１１０、光電変換素子１３０の順となっている。これは、より短い波長の光がより入射表面側において効率良く吸収されるからである。なお、光電変換素子１１０，１２０，１３０の垂直方向における配置順は、光入射方向（オンチップレンズ１６０側）から光電変換素子１１０、光電変換素子１２０、光電変換素子１３０の順となってもよい。
本変形例では、光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板４０の表面と光電変換素子１１０との間の絶縁層（絶縁層１２７，１２８，１１５）内に形成され、例えば、電極１３１、光電変換層１３２および電極１３３を、半導体基板１４０側からこの順に積層して構成される。
光電変換素子１３０は、さらに、例えば、電極１３１と同一の層内に、電極１３１と離間して配置された蓄積電極１３４を有する。蓄積電極１３４は、絶縁層１２８を介して光電変換層１３２と対向して配置される。電極１３１および蓄積電極１３４は、絶縁層１２７，１２８によって覆われており、電極１３１は、絶縁層１２８の開口を介して光電変換層１３２に接する。電極１３３は、光電変換層１３２および絶縁層１２５の表面に接して形成されたベタ膜であり、例えば、隣接する画素１０１ａの電極１３３と共通の層によって構成される。
光電変換素子１３０は、例えば、赤色の光（６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収する光電変換層１３２を有し、赤色の光に感度を有する。光電変換層１３２は、例えば、赤色の光を吸収する半導体量子ドットによって構成される。絶縁層１２７，１２８は、例えば、ＳｉＯ２や、ＳｉＮ等によって構成されている。電極１３，１３３は、例えば、透明導電材料によって構成されている。透明導電材料としては、例えば、ＩＴＯや、ＩＺＯ等が挙げられる。
光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板１４０に設けられたコンタクトホール１６６等を介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線１６７に接続される。配線１６７は、光電変換素子１３０の電極１３１と、光電変換素子１３０用の画素回路１２Ｂ（例えば、画素回路１２Ｂ内の増幅トランジスタのゲート電極１６８）とを電気的に接続する。光電変換素子１３０は、第１光電変換層１１２Ａと同様の構成を有する第１光電変換層と、第２光電変換層１１２Ｂと同様の構成を有する第２光電変換層とを有する。
本変形例では、３つの光電変換素子１１０，１２０，１３０全てが、半導体基板１４０の上方に設けられている。このようにした場合であっても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。
＜３．適用例＞
図１６は、第２の実施の形態およびその変形例に係る固体撮像素子１００を備えた撮像システム２００の概略構成の一例を表したものである。撮像システム２００は、例えば、光学系２１０と、シャッタ装置２２０と、固体撮像素子１００と、信号処理回路２３０と、表示部２４０とを備える。
光学系２１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像素子１の撮像面（画素領域１０１）上に結像させる。シャッタ装置２２０は、光学系２１０および固体撮像素子１の間に配置され、固体撮像素子１への光照射期間および遮光期間を制御する。固体撮像素子１は、固体撮像素子１から入射された像光（入射光）を受光し、受光した像光（入射光）に応じた画素信号（複数の画素１０１ａから像光応じて得られた画素信号）を信号処理回路２３０に出力する。信号処理回路２３０は、固体撮像素子１から入力された画素信号を処理して、映像データを生成する。信号処理回路２３０は、さらに、生成した映像データに対応する映像信号を生成し、表示部２４０に出力する。表示部２４０は、信号処理回路２３０から入力された映像信号に基づく映像を表示する。
本適用例では、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像素子１００が撮像システム２００に適用される。これにより、固体撮像素子１を小型化もしくは高精細化することができるので、撮像画質の高い撮像システム２００を提供することができる。
＜４．応用例＞
[応用例１]
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図１７は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１７に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検出した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１７の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図１８は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図１８には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、撮像装置３は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、高画質な撮影画像を得ることができるので、移動体制御システムにおいて撮影画像を利用した高精度な制御を行うことができる。
[応用例２]
図１９は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
図１９では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ： Ｃａｍｅｒａ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１１２０１に送信される。
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ Ｉｍａｇｉｎｇ）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
図２０は、図１９に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
撮像部１１４０２は、撮像素子で構成される。撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）機能、ＡＦ（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）機能及びＡＷＢ（Ａｕｔｏ Ｗｈｉｔｅ Ｂａｌａｎｃｅ）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、内視鏡１１１００のカメラヘッド１１１０２に設けられた撮像部１１４０２に好適に適用され得る。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、高画質な撮影画像を得ることができるので、高画質な内視鏡１１１００を提供することができる。
以上、実施の形態およびその変形例、適用例および応用例を挙げて本開示を説明したが、本開示は実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。なお、本明細書中に記載された効果は、あくまで例示である。本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されるものではない。本開示が、本明細書中に記載された効果以外の効果を持っていてもよい。
また、本開示は、以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
第１電極、有機光電変換層、ｎ型バッファ層および第２電極をこの順に備え、
前記ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位は以下の式（Ａ）を満たし、
前記ｎ型バッファ層の状態数は以下の式（Ｂ），（Ｃ）を満たす
光電変換素子。
Figure 2021150333
Ｅｗ：前記第２電極の仕事関数
ＥＮ：前記ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位
Ｅｉ：前記有機光電変換層の電子輸送材料のＬＵＭＯ準位
Ｎｂ：前記ｎ型バッファ層の状態数
Ｄ（Ｅ）：前記ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位の状態密度
（２）
前記ｎ型バッファ層は、前記有機光電変換層および前記第２電極に接する
（１）に記載の光電変換素子。
（３）
複数の画素を２次元配置してなる画素領域と、
各前記画素から得られた信号電荷を処理する処理回路と
を備え、
各前記画素は、第１電極、有機光電変換層、ｎ型バッファ層および第２電極をこの順に有する光電変換素子を有し、
前記ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位は以下の式（Ａ）を満たし、
前記ｎ型バッファ層の状態数は以下の式（Ｂ），（Ｃ）を満たす
固体撮像素子。
Figure 2021150333
Ｅｗ：前記第２電極の仕事関数
ＥＮ：前記ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位
Ｅｉ：前記有機光電変換層の電子輸送材料のＬＵＭＯ準位
Ｎｂ：前記ｎ型バッファ層の状態数
Ｄ（Ｅ）：前記ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位の状態密度
（４）
前記処理回路は、各前記画素の前記第１電極から得られた正孔を前記信号電荷として読み出す
（３）に記載の固体撮像素子。
（５）
前記第１電極は、前記有機光電変換層で発生した正孔を前記信号電荷として読み出すための読み出し電極と、前記有機光電変換層で発生した正孔を前記有機光電変換層内に蓄積させるための蓄積電極とにより構成され、
前記処理回路は、各前記画素の前記読み出し電極から得られた正孔を前記信号電荷として読み出す
（４）に記載の固体撮像素子。
（６）
前記処理回路は、各前記画素の前記第２電極から得られた電子を前記信号電荷として読み出す
（３）に記載の固体撮像素子。
（７）
前記第２電極は、前記有機光電変換層で発生した電子を前記信号電荷として読み出すための読み出し電極と、前記有機光電変換層で発生した電子を前記有機光電変換層内に蓄積させるための蓄積電極とにより構成され、
前記処理回路は、各前記画素の前記読み出し電極から得られた電子を前記信号電荷として読み出す
（６）に記載の固体撮像素子。
（８）
複数の画素を２次元配置してなる画素領域と、
被写体からの像光を前記画素領域上に結像させる光学系と、
前記複数の画素から前記像光に応じて得られた画素信号を処理して映像データを生成する信号処理回路と
を備え、
各前記画素は、第１電極、有機光電変換層、ｎ型バッファ層および第２電極をこの順に有する光電変換素子を有し、
前記ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位は以下の式（Ａ）を満たし、
前記ｎ型バッファ層の状態数は以下の式（Ｂ），（Ｃ）を満たす
電子機器。
Figure 2021150333
Ｅｗ：前記第２電極の仕事関数
ＥＮ：前記ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位
Ｅｉ：前記有機光電変換層の電子輸送材料のＬＵＭＯ準位
Ｎｂ：前記ｎ型バッファ層の状態数
Ｄ（Ｅ）：前記ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位の状態密度
本開示の一実施の形態に係る光電変換素子、固体撮像素子および電子機器によれば、ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位が上記の式（１）を満たし、ｎ型バッファ層の状態数が上記の式（２），（３）を満たすようにしたので、低い暗電流と高い光電変換効率とを損なうことなく、光応答性を向上させることができる。なお、本技術の効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されず、本明細書中に記載されたいずれの効果であってもよい。
１０…光電変換素子、１１…ｐ側電極、１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ…光電変換部、１２…ｐ型バッファ層、１２Ｒ，１２Ｇ、１２Ｂ…画素、１３…有機光電変換層、１４…ｎ型バッファ層、１５…ｎ側電極、１００…固体撮像素子、１０１…画素領域１０１、１０１ａ…画素、１０２…ロジック回路、１０２ａ…垂直駆動回路、１０２ｂ…カラム信号処理回路、１０２ｃ…水平駆動回路、１０２ｄ…システム制御回路、１１０，１２０，１３０…光電変換素子、１１１，１１３…電極、１１２…光電変換層、１１２ａ…バッファ層、１１２ｂ…有機光電変換層、１１２ｃ…バッファ層、１１４…蓄積電極、１１５，１１６…絶縁層、１１７…保護層、１４０…半導体基板、１４１，１４２…ｎ型半導体領域、１４３，１４４，１４５…ｐ+層、１５１…ＨｆＯ２膜、１５２…絶縁膜、１５３…コンタクトホール、１５４，１５５…絶縁膜、１５６…配線、１５７，１５８，１５９…ゲート電極、１６０…オンチップレンズ、１６１…ｎ型半導体領域、１６２，１６６…コンタクトホール、１６３，１６７…配線、１６４，１６５，１６８…ゲート電極、２００…撮像システム、２１０…光学系２１０…シャッタ装置２２０…信号処理回路２３０…表示部、１１０００…内視鏡手術システム、１１１００…内視鏡、１１１０１…鏡筒、１１１０２…カメラヘッド、１１１１０…その他の術具、１１１１１…気腹チューブ、１１１１２…エネルギー処置具、１１１２０…支持アーム装置、１１２００…カート、１１２０１…カメラコントロールユニット（ＣＣＵ： Ｃａｍｅｒａ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）、１１２０２…表示装置、１１２０３…光源装置、１１２０４…入力装置、１１２０５…処置具制御装置、１１２０６…気腹装置、１１２０７…レコーダ、１１２０８…プリンタ、１１１３１…術者、１１１３２…患者、１１１３３…患者ベッド、１１４０１…レンズユニット、１１４０２…撮像部、１１４０３…駆動部、１１４０４…通信部、１１４０５…カメラヘッド制御部、１１４１１…通信部、１１４１２…画像処理部、１１４１３…制御部、１２０００…車両制御システム、１２００１…通信ネットワーク、１２０１０…駆動系制御ユニット、１２０２０…ボディ系制御ユニット、１２０３０…車外情報検出ユニット、１２０３１…撮像部、１２０４０…車内情報検出ユニット、１２０４１…運転者状態検出部、１２０５０…統合制御ユニット、１２０５１…マイクロコンピュータ、１２０５２…音声画像出力部、１２０５３…車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、１２０６１…オーディオスピーカ、１２０６２…表示部、１２０６３…インストルメントパネル、１２１００…車両、１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５…撮像部、１２１１１，１２１１２，１２１１３，１２１１４…撮像範囲、ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，ＡＭＰ３…増幅トランジスタ、Ｄｃ…列方向、Ｄｒ…行方向、ＤＥ…状態密度、Ｅｉ，ＥＮ，Ｅｗ，…ＬＵＭＯ準位、ＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３…フローティングディフュージョン、Ｎｂ…状態数、Ｑ…電荷積分量、ＲＳＴ１，ＲＳＴ２，ＲＳＴ３…リセットトランジスタ、Ｓ…光入射面、ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３…選択トランジスタ、ＶＤＤ…電源線、ＶＯＡ…駆動配線、ＶＯＵ…駆動配線、ＶＳＬ，ＶＳＬ１，ＶＳＬ２，ＶＳＬ３…データ出力線、σＥ…分散、ΔＥ…エネルギー差。

Claims (8)

  1. 第１電極、有機光電変換層、ｎ型バッファ層および第２電極をこの順に備え、
    前記ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位は以下の式（１）を満たし、
    前記ｎ型バッファ層の状態数は以下の式（２），（３）を満たす
    光電変換素子。
    Figure 2021150333
    Ｅｗ：前記第２電極の仕事関数
    ＥＮ：前記ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位
    Ｅｉ：前記有機光電変換層の電子輸送材料のＬＵＭＯ準位
    Ｎｂ：前記ｎ型バッファ層の状態数
    Ｄ（Ｅ）：前記ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位の状態密度
  2. 前記ｎ型バッファ層は、前記有機光電変換層および前記第２電極に接する
    請求項１に記載の光電変換素子。
  3. 複数の画素を２次元配置してなる画素領域と、
    各前記画素から得られた信号電荷を処理する処理回路と
    を備え、
    各前記画素は、第１電極、有機光電変換層、ｎ型バッファ層および第２電極をこの順に有する光電変換素子を有し、
    前記ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位は以下の式（１）を満たし、
    前記ｎ型バッファ層の状態数は以下の式（２），（３）を満たす
    固体撮像素子。
    Figure 2021150333
    Ｅｗ：前記第２電極の仕事関数
    ＥＮ：前記ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位
    Ｅｉ：前記有機光電変換層の電子輸送材料のＬＵＭＯ準位
    Ｎｂ：前記ｎ型バッファ層の状態数
    Ｄ（Ｅ）：前記ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位の状態密度
  4. 前記処理回路は、各前記画素の前記第１電極から得られた正孔を前記信号電荷として読み出す
    請求項３に記載の固体撮像素子。
  5. 前記第１電極は、前記有機光電変換層で発生した正孔を前記信号電荷として読み出すための読み出し電極と、前記有機光電変換層で発生した正孔を前記有機光電変換層内に蓄積させるための蓄積電極とにより構成され、
    前記処理回路は、各前記画素の前記読み出し電極から得られた正孔を前記信号電荷として読み出す
    請求項４に記載の固体撮像素子。
  6. 前記処理回路は、各前記画素の前記第２電極から得られた電子を前記信号電荷として読み出す
    請求項３に記載の固体撮像素子。
  7. 前記第２電極は、前記有機光電変換層で発生した電子を前記信号電荷として読み出すための読み出し電極と、前記有機光電変換層で発生した電子を前記有機光電変換層内に蓄積させるための蓄積電極とにより構成され、
    前記処理回路は、各前記画素の前記読み出し電極から得られた電子を前記信号電荷として読み出す
    請求項６に記載の固体撮像素子。
  8. 複数の画素を２次元配置してなる画素領域と、
    被写体からの像光を前記画素領域上に結像させる光学系と、
    前記複数の画素から前記像光に応じて得られた画素信号を処理して映像データを生成する信号処理回路と
    を備え、
    各前記画素は、第１電極、有機光電変換層、ｎ型バッファ層および第２電極をこの順に有する光電変換素子を有し、
    前記ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位は以下の式（１）を満たし、
    前記ｎ型バッファ層の状態数は以下の式（２），（３）を満たす
    電子機器。
    Figure 2021150333
    Ｅｗ：前記第２電極の仕事関数
    ＥＮ：前記ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位
    Ｅｉ：前記有機光電変換層の電子輸送材料のＬＵＭＯ準位
    Ｎｂ：前記ｎ型バッファ層の状態数
    Ｄ（Ｅ）：前記ｎ型バッファ層のＬＵＭＯ準位の状態密度
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